Plieniniai vamzdžiai yra ilgi, tuščiaviduriai vamzdžiai, naudojami įvairiems tikslams. Jie gaminami dviem skirtingais būdais, kurių rezultatas yra suvirintas arba besiūlis vamzdis. Abiem būdais neapdorotas plienas pirmiausia liejamas į patogesnę pradinę formą. Tada jis paverčiamas vamzdžiu ištempiant plieną į besiūlį vamzdį arba sujungiant kraštus ir sandarinant juos suvirinimo siūle. Pirmieji plieninių vamzdžių gamybos metodai buvo pristatyti XIX a. pradžioje ir jie nuolat vystėsi iki šiuolaikinių procesų, kuriuos naudojame šiandien. Kiekvienais metais pagaminama milijonai tonų plieninių vamzdžių. Dėl savo universalumo tai yra dažniausiai plieno pramonėje naudojamas produktas.
Istorija
Žmonės vamzdžius naudoja jau tūkstančius metų. Galbūt pirmieji juos naudojo senovės žemdirbiai, kurie nukreipdavo vandenį iš upelių ir upių į savo laukus. Archeologiniai duomenys rodo, kad kinai nendrinius vamzdžius vandeniui transportuoti į norimas vietas naudojo jau 2000 m. pr. Kr. Buvo atrasti moliniai vamzdžiai, kuriuos naudojo ir kitos senovės civilizacijos. Pirmajame mūsų eros amžiuje Europoje buvo nutiesti pirmieji švino vamzdžiai. Atogrąžų šalyse vandeniui transportuoti buvo naudojami bambuko vamzdžiai. Kolonijiniai amerikiečiai panašiam tikslui naudojo medieną. 1652 m. Bostone iš tuščiavidurių rąstų buvo pastatytas pirmasis vandentiekio įrenginys.
Suvirintas vamzdis formuojamas valcuojant plienines juostas per grioveliais padengtus volelius, kurie suformuoja medžiagą į apskritimo formą. Toliau nesuvirintas vamzdis praeina pro suvirinimo elektrodus. Šie įtaisai sandariai sujungia abu vamzdžio galus.
Jau 1840 m. metalo apdirbėjai galėjo gaminti besiūlius vamzdžius. Vienu metodu, skylė buvo išgręžiama per vientisą metalinį, apvalų ruošinį. Tada ruošinys buvo kaitinamas ir tempiamas per seriją matricų, kurios jį pailgino, kad suformuotų vamzdį. Šis metodas buvo neefektyvus, nes buvo sunku išgręžti skylę centre. Dėl to vamzdis tapo nelygus, o viena pusė buvo storesnė už kitą. 1888 m. patobulintam metodui buvo išduotas patentas. Šiuo procesu vientisas ruošinys buvo liejamas aplink ugniai atsparią plytų šerdį. Jai atvėsus, plyta buvo išimama, paliekant skylę viduryje. Nuo tada šiuos metodus pakeitė naujos valcavimo technikos.
Dizainas
Yra dviejų tipų plieniniai vamzdžiai: vieni yra besiūliai, o kiti turi vieną suvirinimo siūlę per visą ilgį. Abu turi skirtingas paskirtis. Besiūliai vamzdžiai paprastai yra lengvesni ir turi plonesnes sieneles. Jie naudojami dviračiams ir skysčių transportavimui. Siūliniai vamzdžiai yra sunkesni ir standesni. Jie yra geresnės konsistencijos ir paprastai tiesesni. Jie naudojami tokiems dalykams kaip dujų transportavimas, elektros vamzdžiai ir santechnika. Paprastai jie naudojami tais atvejais, kai vamzdis nėra veikiamas didelio įtempio.
Žaliavos
Pagrindinė vamzdžių gamybos žaliava yra plienas. Plienas daugiausia sudarytas iš geležies. Kiti lydinyje gali būti metalų: aliuminis, manganas, titanas, volframas, vanadis ir cirkonis. Gamybos metu kartais naudojamos apdailos medžiagos, pavyzdžiui, dažai.
Besiūliai vamzdžiai gaminami naudojant procesą, kurio metu tvirtas ruošinys kaitinamas ir formuojamas į cilindro formą, o tada jis valcuojamas, kol ištempiamas ir įgauna tuščiavidurį pavidalą. Kadangi tuščiaviduris centras yra netaisyklingos formos, valcuojant ruošinio vidurį įstumiamas kulkos formos praduriklis. Besiūliai vamzdžiai gaminami naudojant procesą, kurio metu tvirtas ruošinys kaitinamas ir formuojamas į cilindro formą, o tada valcuojamas, kol ištempiamas ir įgauna tuščiavidurį pavidalą. Kadangi tuščiaviduris centras yra netaisyklingos formos, valcuojant ruošinio vidurį įstumiamas kulkos formos praduriklis. Tai naudojama, jei vamzdis yra padengtas. Paprastai gamybos linijos pabaigoje plieniniai vamzdžiai patepami nedideliu kiekiu aliejaus. Tai padeda apsaugoti vamzdį. Nors tai nėra gatavo produkto dalis, sieros rūgštis naudojama viename gamybos etape vamzdžiui valyti.
Gamybos procesas
Plieniniai vamzdžiai gaminami dviem skirtingais procesais. Bendras abiejų procesų gamybos metodas apima tris etapus. Pirma, neapdorotas plienas paverčiamas į labiau apdirbamą formą. Tada vamzdis formuojamas nepertraukiamo arba pusiau nepertraukiamo gamybos proceso metu. Galiausiai vamzdis supjaustomas ir modifikuojamas, kad atitiktų kliento poreikius. Kai kurie plieninių vamzdžių gamintojai naudoja...vamzdžių lazerinio pjovimo staklėsankstesniam vamzdžio pjovimui arba tuščiaviduriam išpjovimui, siekiant padidinti vamzdžių konkurencingumą
Besiūliai vamzdžiai gaminami naudojant procesą, kurio metu tvirtas ruošinys kaitinamas ir formuojamas į cilindrinę formą, o tada valcuojamas, kol ištempiamas ir įgauna tuščiavidurį pavidalą. Kadangi įdubęs centras yra netaisyklingos formos, valcuojant ruošinio vidurį įstumiamas kulkos formos praduriklis.
Luitų gamyba
1. Išlydytas plienas gaminamas lydant geležies rūdą ir koksą (anglies turtingą medžiagą, susidarančią kaitinant anglį be oro) krosnyje, o tada pašalinant didžiąją dalį anglies, į skystį įpučiant deguonies. Išlydytas plienas pilamas į dideles, storasienes geležies formas, kur atvėsta į luitus.
2. Norint suformuoti plokščius gaminius, tokius kaip plokštės ir lakštai, arba ilgus gaminius, tokius kaip strypai ir juostos, luitai formuojami tarp didelių volų, esant didžiuliam slėgiui. Taip gaminami luitai ir plokštės.
3. Norint pagaminti luitą, luitas perleidžiamas per porą vienas ant kito sudėtų plieninių volelių su grioveliais. Šio tipo volai vadinami „dviejų aukštų frezomis“. Kai kuriais atvejais naudojami trys volai. Volai sumontuoti taip, kad jų grioveliai sutaptų, ir jie juda priešingomis kryptimis. Dėl šio veiksmo plienas suspaudžiamas ir ištempiamas į plonesnius, ilgesnius gabalus. Kai operatorius apverčia volelius, plienas traukiamas atgal, todėl jis tampa plonesnis ir ilgesnis. Šis procesas kartojamas tol, kol plienas pasiekia norimą formą. Šio proceso metu mašinos, vadinamos manipuliatoriais, apverčia plieną taip, kad kiekviena pusė būtų apdirbta tolygiai.
4. Luitai taip pat gali būti valcuojami į plokštes panašiu būdu kaip ir žiedų gamybos procesas. Plienas leidžiamas per porą vienas ant kito sukrautų volų, kurie jį tempia. Tačiau šone taip pat yra sumontuoti volai, skirti plokščių pločiui reguliuoti. Kai plienas įgauna norimą formą, nelygūs galai nupjaunami, o plokštės arba žiedai supjaustomi į trumpesnius gabalėlius. Tolesnis apdorojimas
5. Prieš paverčiant bliumus vamzdžiais, bliumai paprastai yra papildomai apdorojami. Bliumai paverčiami ruošiniais, juos valcuojant, todėl jie tampa ilgesni ir siauresni. Ruošiniai pjaustomi įrenginiais, vadinamais skraidančiomis žirklėmis. Tai sinchronizuotų žirklių pora, kuri lenktyniauja kartu su judančiu ruošiniu ir jį pjauna. Tai leidžia efektyviai pjauti nesustabdant gamybos proceso. Šie ruošiniai yra sukrauti ir galiausiai tampa besiūliais vamzdžiais.
6. Plokštės taip pat perdirbamos. Kad jos taptų kalesnės, jos pirmiausia kaitinamos iki 1204 °C (2200 °F). Dėl to ant plokštės paviršiaus susidaro oksido danga. Ši danga nulaužiama nuovirų smulkintuvu ir aukšto slėgio vandens purškimu. Tada plokštės perduodamos per keletą volų karštame malūne ir paverčiamos plonomis siauromis plieno juostelėmis, vadinamomis skelpu. Šis malūnas gali būti net pusės mylios ilgio. Plokštelėms einant per volus, jos tampa plonesnės ir ilgesnės. Maždaug per tris minutes viena plokštė iš 15,2 cm (6 colių) storio plieno gabalo gali būti paversta plona plieno juostele, kuri gali būti ketvirčio mylios ilgio.
7. Po tempimo plienas ėsdinamas. Šio proceso metu jis praleidžiamas per keletą talpyklų su sieros rūgštimi, kad metalas būtų išvalytas. Galiausiai jis nuplaunamas šaltu ir karštu vandeniu, išdžiovinamas, o tada susukamas ant didelių ričių ir supakuojamas transportavimui į vamzdžių gamybos įmonę.Vamzdžių gamyba
8. Vamzdžiams gaminti naudojama ir plieninė plokštė, ir ruošiniai. Iš plieninės plokštės suvirinami vamzdžiai. Pirmiausia ji dedama ant išvyniojimo mašinos. Išvyniojant plieno ritę, ji kaitinama. Tada plienas leidžiamas per grioveliais surištų volelių seriją. Jam einant pro šalį, voleliai suspaudžia plieninės plokštės kraštus. Taip suformuojamas nesuvirintas vamzdis.
9. Toliau plienas praeina pro suvirinimo elektrodus. Šie įtaisai sujungia abu vamzdžio galus. Suvirinimo siūlė perleidžiama per aukšto slėgio volelį, kuris padeda sukurti sandarų suvirinimą. Tada vamzdis supjaustomas norimo ilgio gabalėliais ir sukraunamas į krūvas tolesniam apdorojimui. Suvirintas plieninis vamzdis yra nepertraukiamas procesas ir, priklausomai nuo vamzdžio dydžio, jį galima pagaminti net 335,3 m (1100 pėdų) per minutę greičiu.
10. Kai reikia besiūlių vamzdžių, gamybai naudojami kvadratiniai ruošiniai. Jie kaitinami ir formuojami į cilindro formą, dar vadinamą apvaliu vamzdžiu. Tada apvalus vamzdžio paviršius dedamas į krosnį, kur jis įkaitinamas iki baltos ugnies. Įkaitintas apvalus vamzdžio paviršius valcuojamas dideliu slėgiu. Dėl šio aukšto slėgio valcavimo ruošinys išsitempia ir centre susidaro skylė. Kadangi ši skylė yra netaisyklingos formos, valcuojant ruošinio vidurį įkišamas kulkos formos pradurimo antgalis. Po pradurimo etapo vamzdis vis dar gali būti netaisyklingo storio ir formos. Siekiant tai ištaisyti, jis dar kartą perleidžiamas per valcavimo staklių seriją. Galutinis apdorojimas
11. Pagaminti bet kurio tipo vamzdžiai gali būti tiesinami tiesinimo staklėmis. Jie taip pat gali būti su jungtimis, kad būtų galima sujungti du ar daugiau vamzdžių dalių. Dažniausias mažesnio skersmens vamzdžių jungimo tipas yra sriegimas – vamzdžio gale išpjaunami siauri grioveliai. Vamzdžiai taip pat perduodami per matavimo mašiną. Ši informacija kartu su kitais kokybės kontrolės duomenimis automatiškai pažymima ant vamzdžio. Tada vamzdis purškiamas plonu apsauginės alyvos sluoksniu. Dauguma vamzdžių paprastai yra apdorojami, kad nerūdytų. Tai atliekama juos cinkuojant arba padengiant cinko sluoksniu. Priklausomai nuo vamzdžio paskirties, gali būti naudojami ir kiti dažai arba dangos.
Kokybės kontrolė
Siekiant užtikrinti, kad pagamintas plieninis vamzdis atitiktų specifikacijas, imamasi įvairių priemonių. Pavyzdžiui, plieno storiui reguliuoti naudojami rentgeno matuokliai. Matuokliai veikia naudodami du rentgeno spindulius. Vienas spindulys nukreipiamas į žinomo storio plieną. Kitas nukreipiamas į gamybos linijoje praeinantį plieną. Jei tarp dviejų spindulių yra kokių nors neatitikimų, matuoklis automatiškai suaktyvina volelių dydžio keitimą, kad kompensuotų skirtumą.
Proceso pabaigoje vamzdžiai taip pat tikrinami dėl defektų. Vienas iš vamzdžio bandymo būdų yra naudoti specialų aparatą. Šis aparatas pripildo vamzdį vandens ir tada padidina slėgį, kad patikrintų, ar jis laikosi. Defektuoti vamzdžiai grąžinami į metalo laužą.